本發明屬于鋼鐵冶金領域，涉及一種改善鋼鐵性能的方法，具體為一種改善殘余元素誘導鋼表面熱脆性的方法。
背景技術：
：銅是導致鋼表面熱脆的重要元素，隨著電爐鋼產量以及廢鋼價格的提高，這一問題引起了廣泛的關注。電爐流程生產的鑄坯不管是經過常規流程(熱軋前先冷卻到室溫然后再加熱)還是直接熱裝，兩種工藝盡管氣氛和熱歷程有所不同，然而鑄坯均經歷了高溫(1100℃左右)和氧化性氣氛(如空氣、co2、h2o)環境。因為銅的氧化勢小于鐵，在高溫氧化條件下，鐵優先氧化，當溫度超過1100℃時如二冷、再加熱、熱軋過程，一旦富銅液相超過其在γfe中的溶解度，即在氧化層/基體界面形成富銅液相，該些富銅液相能浸入γfe，進而在隨后的軋制過程中導致表面熱脆的產生。當鋼中含有其他殘余元素如錫元素時，錫不但能夠降低界面富銅液相的熔點，而且還能降低銅在奧氏體中的溶解度，進而增加熱脆傾向。盡管鎳元素可通過增加富銅相的熔點，增加銅在奧氏體中的溶解度，增加界面粗糙度，降低氧化速率，進而在一定程度上減輕或消除殘余元素銅導致的表面熱脆，但當鋼中同時含有銅、錫時，將需要更多的鎳去消除表面熱脆，這必將增加生產成本，同時，鎳會導致氧化皮粘連，造成除鱗困難。本發明旨在通過利用鋼中常見更為廉價的元素硅來消除殘余元素導致鋼的表面熱脆，同時，關于這方面的研究尚未見相關報道。技術實現要素：解決的技術問題：為了克服現有技術的缺陷，減輕或消除含殘余有害元素鋼的表面熱脆，避免其在連鑄和軋制過程中產生裂紋及表面缺陷問題，本發明提供了一種改善殘余元素誘導鋼表面熱脆性的方法。技術方案：一種改善殘余元素誘導鋼表面熱脆的方法，向含殘余元素cu和sn的鋼中加入si元素。優選的，按重量百分含量計，所述si元素在鋼中的添加量為0.15～0.4％。優選的，按重量百分含量計，所述si元素在鋼中的添加量為0.32％。優選的，按重量百分含量計，所述鋼的成分為：c0.1％，mn0.1％，p≤0.025％，s≤0.025％，0<cu≤0.5％，0<sn≤0.1％，余量為fe及其他不可避免的微量元素。一種由上述任一方法改善后的鋼。優選的，隨著si元素含量的增加，鋼氧化層/基體界面處的富cu液相量減少，當si元素含量達到0.32％時，界面處富cu液相消失。本發明采用si來改善殘余元素誘導鋼表面熱脆的原理在于：銅的氧化勢小于鐵，在高溫氧化條件下，鐵優先氧化，當溫度超過1100℃時如二冷、再加熱、熱軋等過程，一旦cu相超過其在γ-fe中的溶解度，即在氧化層/基體界面形成富cu液相，并且，這些富cu液相能浸入γ-fe晶界，嚴重弱化γ-fe晶界強度，進而在隨后的軋制過程中導致表面熱脆的產生，而氧化層/基體界面處富cu液相的量取決于氧化過程中cu的生成量與其向基體擴散消耗量的差值。sn則能明顯降低cu在γ-fe中的溶解度，降低富cu相的熔點，促進富cu液相浸入奧氏體晶界，加劇表面熱脆傾向。si在氧化過程中于氧化層/基體界面處形成諸如fe2sio4、sio2等含si的氧化物，該些氧化物在軋制等高溫過程(1150℃)中為固相，fe2+通過這些物質的擴散能力較弱，因此抑制其向產物層擴散，降低氧化速率。而當氧化速率降低時，界面處殘余元素的擴散速率增大甚至超過富集速率，減少甚至消除界面富集相的含量，這是si能夠抑制甚至消除殘余有害元素誘導表面熱脆的機理之一。其二，在氧化過程中，氧可以通過氧化層、晶界以及缺陷向基體內部擴散，這些擴散的氧與基體中的si發生反應導致內氧化物的形成，而內氧化物的長大，必將導致界面粗糙度增大，并且，隨著si含量的增加，氧化層/基體界面粗糙度增大。這些內氧化物和粗糙的界面能夠促進界面處的富cu相向氧化層中轉移，進一步減少界面處富cu相含量，進而抑制甚至消除表面熱脆。有益效果：本發明通過加入微量硅元素，減輕或消除含殘余有害元素鋼的表面熱脆，避免其在連鑄和軋制過程中產生裂紋及表面缺陷問題。附圖說明圖1是實施例1～3和對照例1的試驗用鋼氧化層/基體界面處富cu液相；其中(a)為對照例1的試驗用鋼在1150℃下氧化層/基體界面處富cu液相；(b)為實施例1的試驗用鋼在1150℃下氧化層/基體界面處富cu液相；(c)為實施例2的試驗用鋼在1150℃下氧化層/基體界面處富cu液相；(d)為實施例3的試驗用鋼在1150℃下氧化層/基體界面處富cu液相。具體實施方式以下實施例進一步說明本發明的內容，但不應理解為對本發明的限制。在不背離本發明精神和實質的情況下，對本發明方法、步驟或條件所作的修改和替換，均屬于本發明的范圍。若未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段。實施例1一種改善殘余元素誘導鋼表面熱脆的方法，向含殘余元素cu和sn的鋼中加入si元素。按重量百分含量計，所述si元素在鋼中的添加量為0.15％。按重量百分含量計，所述鋼的成分為：c0.1％，mn0.1％，p0.0055％，s0.005％，cu0.3％，sn0.04％，余量為fe及其他不可避免的微量元素。一種由上述任一方法改善后的鋼。實施例2一種改善殘余元素誘導鋼表面熱脆的方法，向含殘余元素cu和sn的鋼中加入si元素。按重量百分含量計，所述si元素在鋼中的添加量為0.22％。按重量百分含量計，所述鋼的成分為：c0.1％，mn0.1％，p0.0055％，s0.005％，cu0.3％，sn0.04％，余量為fe及其他不可避免的微量元素。一種由上述任一方法改善后的鋼。實施例3一種改善殘余元素誘導鋼表面熱脆的方法，向含殘余元素cu和sn的鋼中加入si元素。按重量百分含量計，所述si元素在鋼中的添加量為0.32％。按重量百分含量計，所述鋼的成分為：c0.1％，mn0.1％，p0.0055％，s0.005％，cu0.3％，sn0.04％，余量為fe及其他不可避免的微量元素。一種由上述任一方法改善后的鋼。對照例1與實施例1～3相比，對照例中未在鋼中添加si元素。碳管爐冶煉所需成分的試驗用鋼，具體化學成分如表1所示，通過tg試驗對各試驗用鋼的熱脆性進行研究，以氧化層/基體界面的富cu液相量作為熱脆性傾向的評價指標。各試驗用鋼在1150℃下界面處的富cu液相量如圖1所示。熱脆性試驗具體參數：(1)將冶煉好的鑄錠，電火花切割成尺寸為10mm×10mm×5mm試樣，隨后經機加工，在試樣頂部沿厚度方向鉆一個直徑為2mm的孔洞，試樣用320目碳化硅砂紙研磨，并用酒精超聲清洗備用；(2)在tg實驗機上，用pt線將試樣懸掛，緩慢放入充滿高純氬的爐內恒溫區，當溫度達到1150℃并穩定后，通入空氣，試樣開始氧化，空氣流量為1l/min，氧化時間為1h；(3)實驗結束時，立即通入高純氬，并且緩慢移出試樣，移出過程大概15min，這樣試樣因出爐溫度不超過200℃而不再發生氧化，空冷試樣至室溫，在氧化過程中，熱天平將自動記錄試樣的增重數據；(4)氧化后的試樣經冷鑲、磨制、拋光、噴碳處理，并用掃面電鏡(sem)分析氧化層/基體界面殘余元素富集情況。由實施例1～3可知：含殘余元素cu和sn的鋼氧化層/基體界面處的富cu液相顯著減少，晶界滲入減少，熱脆傾向明顯得到改善，且隨著si含量的增加，界面處富cu液相量逐漸減少，當si含量達到0.32％時界面處富cu液相消失，而在對照例1中，氧化層/基體界面處有大量的富cu液相，并伴有顯著的晶界浸入，熱脆傾向極大。表1各試驗用鋼的化學成分(wt％)cmnpscusnsife對照例10.10.10.00550.0050.30.040余量實施例10.10.10.00550.0050.30.040.15余量實施例20.10.10.00550.0050.30.040.22余量實施例30.10.10.00550.0050.30.040.32余量當前第1頁12